技术摘要：
本发明公开了一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其溶胶‑凝胶纺丝制备方法。所述制备方法包括：步骤(1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶剂中，加入催化剂，反应一定时间，制备得到溶胶；步骤(2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维；(3)将凝胶纤维经溶剂置换、超  全部
背景技术：
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主要成份的陶瓷材料，具有良好的传导性，优良的 机械强度、和耐高温性能，同时具有耐磨性好、硬度大、质量轻等特点，被广泛应用在国防、 航空航天、交通、石油、建筑、汽车、工业、特种设备等领域。在国民经济和日常生活中的应用 也越来越广泛。从成份上分，氧化铝陶瓷分为普通型和高纯型两种：(1)普通型氧化铝陶瓷 系按氧化铝含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，其中99氧化铝瓷材料用于制作高 温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常 掺入部分滑石，提高机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接。(2)高纯型氧化铝陶瓷为氧化铝 含量在99.9％以上的陶瓷材料。从结构上分，氧化铝陶瓷又可分为体型陶瓷和陶瓷纤维。 其中，氧化铝纤维是一种新型的高性能无机纤维，具有高模量、高强度、优异的耐 热和耐高温氧化等性能，常用作耐高温绝热材料和增强材料，广泛应用于军工、航空航天和 民用工业等领域。溶胶-凝胶法是制备氧化铝陶瓷纤维的常用方法，制备出的纤维均匀性 好，纯度高，可设计性强。溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维一般以铝的醇盐或无机盐为原料，加 入酸催化剂和水等，在一定条件下混合反应得到溶胶，经过浓缩处理达到一定粘度后成为 可纺凝胶，再经过纺丝、干燥及烧结等步骤得到氧化铝纤维。烧结过程中，在较低温度段，溶 剂和有机添加物等组分被去除，并伴随着较大的体积收缩和致密化；在较高温度段，纤维晶 化且具有多种晶型相。尽管如此，如何制备连续的长达万米的氧化铝纤维，以及纤维直径的 可控设计，稳定剂的均匀引入和分散，都是本领域面临的技术难题。此外，氧化铝陶瓷气凝 胶热导率较高，达20W/mK以上，密度也高达3.6g/cm3以上。因此当氧化铝陶瓷作为功能材料 (非结构材料)时，其起到的隔热和减重作用则非常薄弱。
技术实现要素：
针对现有技术的不足和材料的局限性，本发明的主要目的在于提供一种氧化铝陶 瓷气凝胶纤维及其的溶胶-凝胶纺丝制备方法。 本发明的增益效果为：通过结构设计合成一种线形有机硅聚合物短链(齐聚物)与 氧化铝纳米颗粒的溶胶，该纳米颗粒可稳定分散，且浓度可调，从而实现对目前氧化铝纤维 直径大小和稳定性的调控；另一方面，将氧化铝陶瓷纤维制备成多孔气凝胶结构，在降低可 接受的力学性能之内，实现氧化铝陶瓷的超轻化、超级隔热保温功能，可以将氧化铝陶瓷的 应用范围从传统的结构材料扩展到功能材料领域，颠覆传统陶瓷纤维的质量和热导率上的 局限。 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下所示。 根据本公开的一个方面，一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法， 包括以下步骤： 4 CN 111574204 A 说　明　书 2/5 页 (1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶液中，加入催化剂，反应一定时 间，制备得到溶胶； (2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维； (3)将凝胶纤维经溶剂置换、超临界流体干燥，最后煅烧制备得到连续氧化铝陶瓷 气凝胶纤维。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述线形有机硅齐聚物为聚二乙氧基 硅氧烷，聚二甲氧基硅氧烷，聚甲基乙氧基硅氧烷，聚甲基甲氧基硅氧烷，聚已基乙氧基硅 氧烷，聚已基甲氧基硅氧烷，和烷氧基硅氧烷共聚物中的任意一种或两种以上的组合；和/ 或所述有机硅聚合物的重复单元为5-20。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述铝源包括：铝粉、氯化铝、硫酸铝、 硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、异丙醇铝、九水硝酸铝的任意一种或两种以上的组合；和/或所述 铝源与有机硅齐聚物的摩尔比大于10∶1；和/或所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁 醇，叔丁醇，正己烷，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，丙酮，二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺；和/ 或所用溶剂用量为有机硅聚合物的10倍以上。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述催化剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、 尿素、氨水、吡啶、三甲基氯化铵、和三乙胺中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述催 化剂与有机硅齐聚物的摩尔比为0.01∶1～0.1∶1。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述反应时间为3～10小时，反应温度 为室温至80℃。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(2)所述凝固浴为甲醇、乙醇、异丙醇、丙 醇、丁醇、叔丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、甲苯、四氢呋喃、异苯甲醇和水中的任意一 种或两种以上的组合；和/或所述凝固浴的温度为40℃～80℃。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述溶剂置换包括：溶剂种类为甲醇、 乙醇、丙酮中的任意一种；置换时间为5～12小时；置换次数为3～4次。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述凝胶纤维干燥方法为超临界流体 干燥；所述超临界流体包括超临界二氧化碳、超临界甲醇、超临界乙醇；所述干燥时间为5～ 24小时。 根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述煅烧步骤不少于2次；和/或煅烧温 度为800～1300℃；和/或煅烧时间为5～100分钟。 根据本公开的另一方面，一种如上所述方法制备的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，其特 征在于：所述陶瓷纤维主要成分为氧化铝，内部均匀分散少量二氧化硅，氧化铝气凝胶纤维 直径在1～500微米，长度为100～10000米，耐温性能大于1200℃，密度为0.05～0.35g/cm3， 比表面积为500～100m2/g。 附图说明 图1为本发明实施列1中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图； 图2为本发明实施列2中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图； 图3为本发明实施例3中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图； 图4为本发明实施例4中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图； 5 CN 111574204 A 说　明　书 3/5 页 图5为本发明实施例5中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图； 图6为本发明实施例6中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；